飛輪電池具有使用壽命長,綠色環(huán)保等特點(diǎn),為了提高比能量,飛輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一般非常高,系統(tǒng)的動力學(xué)性能比較復(fù)雜。為了抑制飛輪轉(zhuǎn)子的振動,本文對磁懸浮軸承的控制策略進(jìn)行了研究。給出了飛輪電池機(jī)械總體設(shè)計(jì)方案和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,分析了磁懸浮軸承電控系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù),利用ANSYS軟件建立了飛輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的有限元模型,并進(jìn)行了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析;借助MATLAB模糊推理系統(tǒng)設(shè)計(jì)了模糊自調(diào)整PID控制器,利用MATLAB/Simulink和Adams軟件完成了控制系統(tǒng)仿真和機(jī)電系統(tǒng)聯(lián)合仿真,對比了不完全微分PID和模糊自調(diào)整PID控制策略的控制效果;設(shè)計(jì)了基于FPGA控制器的硬件電路,包括FPGA芯片的選型、電源電路設(shè)計(jì)、AD電路設(shè)計(jì)和FPGA配置電路設(shè)計(jì)等;利用Quartus II搭建了FPGA控制器研究平臺,采用Verilog HDL完成了各功能模塊算法的編程,并燒寫到FPGA控制器,完成了飛輪電池系統(tǒng)的靜態(tài)懸浮和高速旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)。研究結(jié)果表明:與不完全微分PID控制策略相比,采用模糊自調(diào)整PID控制策略,能夠?qū)崿F(xiàn)控制參數(shù)的在線調(diào)整,能夠較好地抑制飛輪轉(zhuǎn)子的振動,保證飛輪轉(zhuǎn)子平穩(wěn)越過臨界轉(zhuǎn)速,... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

飛輪電池結(jié)構(gòu)示意圖

電池系統(tǒng)是集機(jī)械系統(tǒng)與電控系統(tǒng)于一體的機(jī)電一體化設(shè)備，采用磁懸浮軸支承，能實(shí)現(xiàn)飛輪轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，儲存更高的能量，并且可以降低飛輪轉(zhuǎn)能量損耗。本章對飛輪電池系統(tǒng)進(jìn)行建模和動力學(xué)分析。輪電池工作原理電池類似于化學(xué)電池，主要有兩種工作模式[44]，如圖 2.1 所示：充電模式作為電動機(jī)運(yùn)行，電網(wǎng)提供電能經(jīng)電力變換器驅(qū)動電機(jī)，帶動飛輪轉(zhuǎn)子高速機(jī)械能存儲在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪中。飛輪達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，電機(jī)控制器切斷與轉(zhuǎn)子在磁懸浮軸承的支撐下，長期處于能量保持狀態(tài)。放電模式電池外接負(fù)載，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作，飛輪電池釋放能量，利用飛輪轉(zhuǎn)子的輸出到負(fù)載，直至飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低到最低轉(zhuǎn)速時(shí)停止放電。

圖 2. 2 磁懸浮軸承系統(tǒng)工作原理圖圖 2.2 為單自由度磁懸浮軸承系統(tǒng)工作原理圖。位移傳感器檢測轉(zhuǎn)子的位置信號 ，送入控制器內(nèi)部，并與參考信號 0進(jìn)行比較，得到位置偏差信號 ，經(jīng)過一定的控制算法后得制信號 并送入功率放大器；功率放大器根據(jù)控制信號 在相對布置的電磁鐵線圈內(nèi)產(chǎn)生的差動電流，進(jìn)而產(chǎn)生差動電磁力；轉(zhuǎn)子在差動電磁力作用下，回到設(shè)定的參考位置。例如轉(zhuǎn)子向下偏移時(shí)，位置偏差信號 > 0，位置控制信號 > 0，電磁鐵 1 線圈內(nèi)的電流為（），電磁鐵 2 線圈內(nèi)的電流為（ 0 ），電磁鐵 1 的電流大于電磁鐵 2 的電流，電磁鐵 1 的大于電磁鐵 2 的磁力，使轉(zhuǎn)子在差動電磁力作用下回到指定參考位置。.2.1 飛輪電池總體機(jī)械結(jié)構(gòu)飛輪電池總體機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖 2.3 所示。1 為飛輪轉(zhuǎn)子，具體結(jié)構(gòu)詳見 2.2.2 節(jié)；2 為電渦流位移傳感器，主要包括上徑向、下徑軸向電渦流位移傳感器，用于檢測和采集飛輪轉(zhuǎn)子的位移振動情況；3 和 6 為上、下徑向鐵，為飛輪轉(zhuǎn)子提供徑向懸浮力，限制徑向（X 方向，Y 方向，繞 X 軸的旋轉(zhuǎn)和繞 Y 軸的）四個(gè)方向的自由度；5 為軸向電磁鐵，為飛輪轉(zhuǎn)子提供軸向懸浮力，限制 Z 軸(軸向)方向

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：2954512